激光准直扩束系统可应用在激光测距，激光切割，空间光学激光干涉仪等各个领域。其主要作用是通过改善激光束的空间发散角，提高光束的准直性，使激光束达到对孔径的要求。基于无焦变倍原理运用Zemax软件模拟设计了一激光准直扩束系统，入射激光波长为1064 nm，发散角小于5 mrad，入射直径为1 mm，准直扩束系统的扩束比4~24倍连续可调，可实现压缩光束的发散角(出射光发散角可压缩至0.208 mrad)，扩大光斑尺寸，达到对激光准直和扩束的目的。不同倍率下波像差最大均方根(RMS)值为0.1769 λ，均小于λ/4 ，满足像质评价要求。此设计结构简单，易于加工装调，具有较高的实际应用价值。

针对光学相关器的技术指标，对其光学系统进行小型化设计。傅里叶透镜组与准直扩束系统均采用摄远型式结构，在满足其长焦距的前提下缩短了系统的光学筒长；采用直角反射棱镜折叠空间光路充分利用空间，使系统布局更紧凑；利用计算机辅助设计软件ZEMAX对光学系统结构进行优化，最后研制出的小型化透射式光学相关器总长在150 mm以内，总宽在130 mm以内，实现了小型化目的。改进后的光学系统结构为双光路处理结构，具有实时性强的优点。经实验验证，该装置具有较好的相关探测性能，并且噪声小、探测精度高。

一般动态聚焦打标机在聚焦镜前加一套准直扩束系统，随扫描振镜的转动，同步调整准直扩束系统的位置，使激光束始终聚焦在打标平面上。但对更大幅面，聚焦效果不够理想，边缘部分比较模糊。为了适应更大幅面的打标，在原准直扩束系统的基础上，设计了动态准直扩束系统，通过优化设计准直扩束系统的运动轨迹，进一步提高了聚焦性能。经优化后的聚焦指标性能提高了20%，实现了小光斑、大范围的激光打标。同时利用多项式对扩束镜的轨迹进行拟合，提高打标速度，并利用分段线性插值查找表的方法对边缘部分的枕形失真进行校正。经装机测试，该系统打标效果好，能满足使用要求。

为使无线光通信中准直扩束光学系统控制简单、容易实现，针对体积惯量较小的光学元件，提出一种闭环光路模式下的准直扩束光学系统自动控制装置设计方案。借鉴反馈控制技术，由脉冲激光控制信号实现光路的闭环反馈。并结合单片机和光电检测技术，给出其硬件和软件设计方案。该装置包括单片机控制、步进电机组、光电检测和反馈收发系统等，通过控制协议和各软件功能模块的调用，实现无线光通信中准直扩束系统的自动控制。实验表明，该装置较好地达到激光准直扩束镜头连续变焦的自控功效，具有运行平稳和控制可靠的优点，对研究无线光通信的光路对准具有较高的实际参考价值。